一种松散煤体氧化热测试方法-山东科威数控机床有限公司

专利名称：一种松散煤体氧化热测试方法
技术领域：
本发明涉及一种松散煤体氧化热测试方法，尤其适用于对煤体自燃过程传热传质规律进行研究，准确测试松散煤体自热过程中的氧化热测试。
背景技术：
煤氧反应放热是煤体能够自热升温的主要热源，而煤体氧化热是描述其放热性能的主要指标，只有准确测定煤体氧化热，才能搞清煤的氧化放热性能，进而准确预测预报煤体自燃，防止火灾事故的发生。因而如何测定煤低温氧化热成为研究煤自燃特性的关键。由于煤低温氧化过程非常缓慢，所释放出的热量也非常小，尤其在30 70°C温度段用一般的实验方法很难准确测量出煤的氧化放热量。国内外关于煤体氧化热的测试方法主要有热平衡法、键能估算法、绝热量热计或微量量热计直接测试法、差示扫描量热法及参比氧化法等。目前的大型实验台测试法测试结果较为准确，但具有实验周期长，不适合大批量煤样测试的需求；化学键能估算法是在推导煤自燃反应过程基础上进行的，但煤自燃过程受较多因素影响，煤氧复合的吸附及反应过程的描述较为困难，难以保证其准确性，利用化学键能估算法测试氧化放热强度势必会产生一定误差；微量量热计直接测试法在国内煤炭行业还未进行应用，且该方法对仪器的要求较高；而差示扫描量热法不能准确测试 500C以下的氧化放热量，且仅针对IOmg左右的小试样进行测试，不能反应煤体氧化的实际情况。因此，很多学者在计算过程中直接引用了煤体氧化热的经验数值。故需进一步探讨煤低温阶段氧化热的实验测量方法。煤自燃是由于煤氧复合作用并放出热量而引起的，取决于煤的供氧情况、氧化放热特性及散热状况。当煤体放热速率大于散热速率时，煤体内部积聚的热量使煤体温度升高，最终导致煤体自燃。影响这一过程的关键参数有煤氧化热力学参数(氧化热)、煤体的热物性参数(导热系数、氧气扩散系数及渗透系数)及煤氧化动力学参数(活化能及耗氧速度)。要准确测试煤体氧化热，必须在分析松散煤体氧化热与煤自燃特性参数之间的耦合关系、煤自燃过程传热、传质规律的基础上，根据多孔介质传热学理论，建立松散煤体氧化热的理论测试方法。

发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种方法简单易行，能够在较短时间内准确测试松散煤体氧化热，满足大批试样测试需求松散煤体氧化热测试方法。技术方案本发明的松散煤体氧化热测试方法如下(1)将新鲜煤样进行破碎，并筛分为不同粒度范围的煤样；(2)在绝热柱状反应容器中沿轴心线位置布置热线，并在垂直热线的同一平面上按距热线约lcm、2cm、3cm处各布置一排温度测点和气样测点，热线的轴向至少有三排温度测点和气样测点；(3)选取筛分好的一种粒度范围的煤样称重后装入绝热柱状反应容器内，开启供风控制系统，连续向煤体内通入氮气直至煤体完全处于氮气环境下，封闭绝热柱状反应容器； (4)开启绝热柱状反应容器中沿轴线位置布置的热线加热源，以恒定功率给煤体加热，当煤体温度达到预定值后关闭电源，在煤体处于自然降温条件下，对布设的温度测点连续采集温度，直至煤样温度降至环境温度；
(5)建立导热系数计算模型
权利要求
一种松散煤体氧化热测定方法，其特征在于(1)将新鲜煤样进行破碎，并筛分为不同粒度范围的煤样；(2)在绝热柱状反应容器中沿轴心线位置布置热线，并在垂直热线的同一平面上按距热线约1cm、2cm、3cm处各布置一排温度测点和气样测点，热线的轴向至少有三排温度测点和气样测点；(3)选取筛分好的一种粒度范围的煤样称重后装入绝热柱状反应容器内，开启供风控制系统，连续向煤体内通入氮气直至煤体完全处于氮气环境下，封闭绝热柱状反应容器；(4)开启绝热柱状反应容器中沿轴线位置布置的热线加热源，以恒定功率给煤体加热，当煤体温度达到预定值后关闭电源，在煤体处于自然降温条件下，对布设的温度测点间隔时段采集温度，直至煤样温度降至环境温度；(5)建立导热系数计算模型 <mrow><msub> <mi>λ</mi> <mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>ρ</mi> <mi>e</mi></msub><msub> <mi>c</mi> <mi>e</mi></msub><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>T</mi> <mn>0</mn> <mo>/</mo></msubsup><mo>-</mo><msub> <mi>T</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow> <mi>Δt</mi></mfrac> </mrow> <mrow><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>r</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <mi>Δr</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>T</mi> <mi>in</mi></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <msub><mi>r</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>Δr</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>T</mi> <mi>out</mi></msub><mo>-</mo><mn>4</mn><msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msub><mi>Δr</mi> </mrow> <mrow><mi>Δr</mi><mo>·</mo><msub> <mi>r</mi> <mn>0</mn></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>r</mi><mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <mi>Δr</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>+</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>T</mi> <mi>up</mi></msub><mo>+</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>down</mi></msub><mo>-</mo><mn>2</mn><msub> <mi>T</mi> <mn>0</mn></msub> </mrow> <msup><mrow> <mo>(</mo> <mi>Δz</mi> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></mfrac> </mrow></mfrac> </mrow>将采集的煤样温度数据代入导热系数计算模型得到不同温度T0下的煤体导热系数λ0；(6)打开绝热柱状反应容器顶部的出气口，从绝热柱状反应容器底部连续向煤体内通入空气，打开电源、加热煤体，当温度达到预定值后关闭电源，在煤体处于自然降温条件下，连续监测煤体内温度测点的温度及气样测点的氧气浓度，直至煤样温度降至环境温度；(7)建立氧化热计算模型qic＝a1T0+a2T0+a3Tin+a4Tout+a5Tup+a6Tdown将采集的温度、氧浓度数据及导热系数值代入氧化热计算模型，得到任意温度条件下的煤体氧化放热量qic。
2.根据权利要求1所述的一种松散煤体氧化热测试方法，其特征在于所述的煤体温度的预定值控制在150°C以下。
3.根据权利要求1所述的一种松散煤体氧化热测试方法，其特征在于所述的温度测点和气样测点的排间隔约为10cm。
4.根据权利要求1所述的一种松散煤体氧化热测试方法，其特征在于所述的间隔时段约为30s。
全文摘要
一种松散煤体氧化热测试方法，是基于煤体内部传热、传质规律，准确测试松散煤体氧化热qic及导热系数λ，具体是在松散煤体中心放置热线作为热源，在煤样内部布置测温点及气样采集点，将筛分好的煤样测试密度、空隙率后，装入绝热柱状反应容器；首先使煤体处于氮气环境下，加热煤体，当温度达到预定值后自然降温，连续采集测点温度，由温度、时间、密度、比热容、空隙率计算煤体不同温度的导热系数λ。再向煤体内连续通入空气，连续监测降温过程煤体内测点温度及氧气浓度，最终，由温度、导热系数、时间、密度、比热容、空隙率、空气流量计算煤体不同温度的氧化放热量qic。该方法可以测试实际煤体的放热过程，缩短了实验时间，测试结果准确。
文档编号G01N25/22GK101984349SQ20101050182
公开日2011年3月9日申请日期2010年9月27日优先权日2010年9月27日
发明者刘震, 李增华, 杨启军, 杨永良, 高思源申请人:中国矿业大学